ELEMENTI V PERIODNEM SISTEMU VII. SKUPINA HALOGENI ELEMENTI

Transcript

1 ELEMENTI V PERIODNEM SISTEMU VII. SKUPINA HALOGENI ELEMENTI F fluor Reaktivnost Oksidacijska Cl klor elementov moč elementov Br brom se zmanjšuje se zmanjšuje I jod At astat po skupini navzdol Agregatno stanje se spreminja po skupini navzdol (Van der Waalsove sile). Med molekulami joda so te sile najmočnejše, ker imajo molekule joda največje število elektronov. Zeto ima jod med halogeni najvišje tališče in vrelišče in je pri sobni temperaturi trden. Fluor in klor v plinastem stanju, brom je tekoč, jod in astat pa sta v trdnem agregatnem stanju. Vrelišče, tališče T v in T t narašča od fluora proti jodu. Vezi So najbolj reaktivne nekovine. V naravi jih ne najdemo v elementarnem stanju, pač pa tvorijo dvoatomarne molekule. Med seboj tvorijo nepolarno enojno kovalentno vez. S kovinami tvorijo ionske vezi, njihovi ioni se imenujejo halogenidni ioni ali halidi. (X + eˉ Xˉ ; H <0). Halogenidni ioni so reducenti (Iˉ najmočnejši reducent). Halogeni so močni oksidanti. Fluor je najmočnejši in jod najšibkejši, zato lahko s klorovico oksidiramo bromidne in jodidne ione. Cl 2(aq) + 2Brˉ (aq) 2 Clˉ (aq) + Br 2 (l) Cl 2(aq) + 2Iˉ (aq) 2 Clˉ (aq) + I 2 (s) Oksidacijska števila halogenov v molekulah so 1, +1, +3, +5, +7, izjemoma +4. Jakost vezi če primerjamo jakost vezi v molekuli X 2, je le ta najšibkejša pri F 2, ker je odboj neveznih elektronskih parov najintenzivnejši. Termična obstojnost se zmanjšuje z naraščajočo molekulsko maso. Topnost Molekule halogenov so nepolarne, zato je topnost halogenov večja v nepolarnih topilih. Vodne raztopine klora, joda in broma imenujemo klorovica, jodovica in bromovica. Nekatere pomembnejše reakcije halogenih elementov: reakcija klora z vodo (Cl 2 + H 2 O HClO +HCl ) 1

2 Cl 2(aq) + 2NaOH(aq) 20 C NaClO(aq) + NaCl(aq) + H 2 O(l) ravnotežje v D 3Cl 2 (aq) + 6NaOH (aq) T>75 C 5 NaCl (aq) + NaClO 3 (aq) + 3H 2 O (l) Na svetlobi natrijev klorat (I) počasi razpada, pri tem nastajata kisik in klorovodikova kislina. Podobno razpade tudi klorova (I) kislina HClO. sončna svetloba NaClO(aq) NaCl (aq) +O 2 (g) Raztopino natrijevega klorata (I) v gospodinjstvu poznamo z imenom varikina. Uporabljamo ga kot čistilno sredstvo ali kot sredstvo za beljenje perila. NaClO 3 je oksidant, uporablja se v zažigalnih zmeseh. Glavica vžigalice je zmes kalijevega klorata V, žvepla, manganovega dioksida, barve, zdrobljenega stekla in lepila. Hrapava površina za vžigalice pa je zmes rdečega fosforja, zdrobljenega stekla in lepila. Ko potegnemo z vžigalico po hrapavi površini škatlice, se sprosti dovolj toplote, da kalijev klorat (V), vžge rdeči fosfor in žveplo. Vodikovi halogenidi nastanejo z reakcijami halogenov z vodikom. To je eksotermna reakcija. So plinaste spojine. Vodne raztopine vodikovih halogenidov so razen HF močne kisline. Jakost kislin po skupini navzdol narašča. Njihove soli so dobro topne v vodi. Srebrovi in svinčevi kloridi, bromidi in jodidi so slabo topne soli. HF(aq) fluorovodikova kislina (ŠIBKA!) HCl(aq) klorovodikova kislina (solna kislina) HBr(aq) bromovodikova kislina močne kisline HI(aq) jodovodikova kislina H 2(g) + Cl 2(g) 2HCl (g) eksplozivna zmes eksotermna reakcija Najbolj eksotermne reakcije so med halogeni in alkalijskimi in zemljoalkalijskimi kovinami. HF, HCl, HBr in HI so pri sobni T plini. Halogeni elementi in njihove spojine halogenske žarnice izdelava CFC (klorofluoroogljikovodikov) v razpršilih kot potisni plini. CFC uničujejo ozonsko plast. Interakcija (medsebojno vplivanje) halogenov z vodo: Fluor z vodo reagira eksplozivno 2F 2 (g) + 2 H 2 O (l) 4HF (g) + O 2(g) Klor se v vodi raztaplja (raztopino imenujemo klorovica), delno reagira Cl 2 + H 2 O HClO(aq) + HCl(aq) Brom se v vodi raztaplja (bromovica) Jod slabo topen v vodi, topnost se poveča če dodamo KI (I 2 + KI KI 3 ) 2

3 FLUOR je rumene (svetlo zelene) barve, je strupen. Imenujemo ga tudi almost colourless gas. Je zelo reaktiven, vendar ne tvori spojin s kisikom. Hranimo ga v jeklenkah iz niklja. Med nekovinami je najbolj reaktiven element. Je eden najmočnejših oksidantov. Edina možnost za njegovo pridobivanje je elektroliza. Pri tem postopku je elektrolit talina HF KF. Na katodi nastaja vodik, na anodi pa fluor. Fluor z vodo reagira eksplozivno. Vir fluora: iz mineralov (fluorit CaF 2 islandski dvolomec in apatit Ca 5 F(PO 4 ) 3 ). Uporaba: za izdelavo teflona (PTFE) dodatek zobnim pastam reagira s steklom (SiO 2 ) SiO 2 + 4HF (aq) SiF 4 (plin) + 2 H 2 O Zato z vodikovim fluoridom in HF (aq) ne eksperimentiramo v steklenih posodah. KLOR rumeno zelene barve, je strupen. Vir klora: kloridi npr. NaCl in MgCl 2 v morju. Industrijsko ga pridobivamo z elektrolizo nasičene raztopine NaCl. Na katodi nastaja vodik, na anodi pa klor. Pridobivanje klora: NaCl (aq) Na + (aq) + Clˉ(aq) ANODA( poteka oksidacija nastaja klor) Clˉ ½ Cl 2 + eˉ KATODA (poteka redukcija nastaja vodik) H 2 O + eˉ ½ H 2 + OHˉ Uporaba: bojni strup v pesticidih belilno sredstvo (tkanin in celuloze) se opušča zaradi nevarnih spojin za razkuževanje, kloriranje vode v bazenih (koncentracija klora je 0,3 mg/l) 0,3 mg/l) KLOROVODIKOVA KISLINA HCl Je med najpomembnejšimi in najpogostejšimi kemikalijami v laboratorijih in različnih vejah industrije. Glede na topnost vodikovega klorida v vodi je lahko klorovodikova kislina največ 37%. Najdemo jo tudi v želodčnem soku: 0,3% klorovodikova kislina. Soli teh kislin so praviloma dobro topne v vodi. Slabo topni so srebrovi in svinčevi halogenidi (razen fluoridov). Poznamo več oksokislin klora in njihovih soli (so oksidanti) KISLINA SOL oksidacijska moč se Jakost HClO klorova (I) kislina NaClO natrijev klorat (I) in HClO 2 klorova (III) kislina NaClO 2 natrijev klorat (III) obstojnost HClO 3 klorova (V) kislina NaClO 3 manjša narašča HClO 4 klorova (VII) kislina je najmočnejša znana kislina 3

4 Jakost in obstojnost oksokislin narašča z oksidacijskim številom klora. BROM je rdečerjava tekočina, strupen. Uporablja se v pesticidih. Povzroči opekline na koži. Vir broma: iz morja bromidi ( NaBr, MgBr 2 ). JOD (sivi kristali) Med molekulami joda so Van der Waalsove sile najmočnejše, ker imajo molekule joda največje št. elektronov. Posledično ima jod med halogeni najvišje tališče in vrelišče. Jodovica je oranžno rumene barve. Vir joda: jodidi (v morju iz pepela morskih alg Ca(IO 3 ) 2 ). Uporaba: Raztopina joda v alkoholu je blago razkužilno sredstvo uravnava delovanje ščitnice O kisik S žveplo Se selen Te telur Po polonij VI. SKUPINA=HALKOGENI Agregatno stanje: vsi razen kisika so v trdnem agregatnem stanju. Vezi: lahko tvorijo ionske vezi (med kovinami in nekovinami X + 2eˉ X 2 H <0), tvorita jih kisik in žveplo, in kovalentne vezi (O 2, CO 2, NO 2 ). Vrelišče in tališče: narašča od kisika proti telurju (disperzijske sile). Najpogostejša oksidacijska števila v molekulah: 2, +2, +4, +6. Razen za kisik je značilna tvorba verig (npr. verige žveplovih atomov S x ). Viri: na zemeljski površini je največ kisika v vodi, saj oceani oblivajo dve tretjini planeta. V naravi najdemo v elementarni obliki samo kisik in žveplo. Kisik je v ozračju v obliki dvoatomarnih molekul v stratosferi pa je v obliki troatomarnih molekul O 3. V ozračju so tudi kisikove spojine; ogljikov dioksid, žveplov dioksid V zemeljski skorji je kisika največ v kamninah, v katerih so karbonati, sulfati, silikati in oksidi različnih kovin. 4

5 Žveplo najdemo v elementarnem stanju v bližini vulkanov, v obliki molekul S 8. V zemeljski skorji pa ga najdemo tudi v obliki številnih sulfidnih rud in nekaj v obliki sulfatov. Alotropne modifikacije Vsi elementi VI. Skupine, razen telurja tvorijo več alotropnih modifikacij (elementa se razlikujeta po notranji zgradbi snovi. Razlike v notranji zgradbi istega elementa vplivajo predvsem na fizikalne lastnosti alotropnih modifikacij elementa, npr. ozon ima višjo temperaturo vrelišča in tališča od kisika, je modre barve medtem ko je kisik brezbarven. Ozon se bolje topi v vodi kot kisik, in ozon je močnejši oksidant. KISIK nastaja pri fotosintezi, (6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 +6O 2 ) pri dihanju pa se porablja. Pridobivamo ga z utekočinjanjem zraka in frakcionirano destilacijo le tega. V laboratoriju pridobivajo kisik s segrevanjem različnih soli npr kalijevega klorata (V) KClO 3. Kalijev klorat(v) razpade v kalijev klorid in kisik pri temperaturi nad 450 C. (2KClO 3 (l) 2KCl (l) + 3O 2 (g)). Kisik reagira skoraj z vsemi elementi in pri tem tvori okside. Reakcije kisika z drugimi elementi so eksotermne. Pri reakcijah nekaterih kovin pa nastanejo peroksidi 2 (peroksidni ion O 2 ). Kisik se nahaja v dveh alotropnih modifikacijah, kot O 2 in O 3 ozon, je močnejši oksidant kot kisik. Ozon zelo rad razpade na O 2 in O. Ta je zelo reaktiven, zato se je raje vezal z CFC, ki so prišli v zrak in ozon ni več nastajal, nastala je ozonska luknja. Uporaba kisika: v železarstvu za oksidacijo ogljika avtogeno varjenje sintezo vodikovega peroksida oksidacijo NH 3, pri proizvodnji HNO 3 (dušikova (V) kislina) oksidacijo SO 2, pri proizvodnji H 2 SO 4 (žveplova (VI) kislina) VODA je najpomembnejša in najbolj razširjena kisikova spojina. Ima visoko vrelišče in je dober hranilnik toplote, saj se počasi ohlaja. Voda je tudi dobro topilo. V njej se dobro topijo ionske in polarne snovi: soli, kisline, hidroksidi, oksidi in močno polarne organske spojine. Voda je topilo tudi v živih organizmih (krvna plazma). Je zelo obstojna spojina. ŽVEPLO je krhka rumena trdna snov, ki se ne topi v vodi. Žveplo zavre pri 444 C. Če talino zlijemo v vodo, dobimo gumi podobno plastično žveplo, ki po nekaj tednih ali mesecih počasi preide v α žveplo. Topi se v nepolarnih topilih, ni strupeno. Je samorodno. Ima več altropnih modifikacij, ki pa po svojih lastnostih niso tako različne. Pri sobni T je obstojno α žveplo (ortorombsko žveplo), α žveplo zelo počasi prehaja v β žveplo (monoklinsko žveplo) pri 95ºC. Osnovni delci obeh altropnih modifikacij so molekule S 8. S kovinami 5

6 tvori sulfide. Na zraku gori z modrim plamenom S + O 2 SO 2. Žvepla se največ porabi za proizvodnjo žveplove (VI) kisline, dodajamo pa ga tudi gumi (vulkanizacija), da postane žilava in čvrsta. Viri žvepla: sulfidne rude, sulfati (VI). Osnovna surovina za pridobivanje žveplove(vi) kisline je v državah, kjer so nahajališča samorodnega žvepla (ZDA in Japonska), kar elementarno žveplo. Drugod je mnogokrat osnovna surovina vodikov sulfid H 2 S, ki ga odstranijo iz zemeljskega plina. Z oksidacijo vodikovega sulfida naprej dobijo žveplo. O 2(g) + 2 H 2 S (g) 3S(s) + 2 H 2 O (l) ŽVEPLOVE SPOJINE SO 2 žveplov dioksid Nastaja pri gorenju žvepla. Je brezbarven plin, ostrega in zadušljivega vonja. Večino žveplovega dioksida se predela v žveplovo (VI) kislino. Žveplov dioksid nastane pri praženju sulfidnih rud npr. ZnS. (2ZnS(s) + 3O 2 (g) 2ZnO(s) + 2SO 2 (g)). V naše ozračje pride z izpušnimi plini (avtomobili, tovarne) in povzroča nastanek kislega dežja. Je močan reducent, v vodi pa kislina. Uporablja se za beljenje svile, volne in papirja, preprečuje rast bakterij, zato ga uporabljajo v živilski industriji, saj preprečuje porjavitev sušenega sadja. Kot sredstvo za konzerviranje sadja se uporablja tudi natrijev sulfat(vi), ki ga dovimo z uvajanjem žveplovega dioksida v raztopino natrijevega hidroksida. SO 2 (aq) + 2NaOH (aq) Na 2 SO 3 (aq) + H 2 O (l) Dobro se topi v vodi in pri tem z vodo delno protolitsko reagira. SO 2 + H 2 O HSO 3ˉ K 1 = 1* 10 2 HSO 3ˉ + H 2 O H 2 SO 3 K 2 = 1* 10 7 Dve vrsti soli: hidrogensulfati (IV) in sulfati (IV) H 2 S divodikov sulfid Pri sobni T je brezbarven, strupen plin (krvni strup), z značilnim vonjem po gnilih jajcih. (H 2 + S H 2 S H t= 20,6kJ). V vodi se topi. Njegove vodne raztopine so kisle, ker z vodo delno protolitsko reagira. Dobimo ga z reakcijo kovinskih sulfidov (npr.zns) z močnimi kislinami (npr. HCl). (2ZnS(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 S (g)). Večina kovinskih sulfidov je slabo topnih v vodi (CuS, SnS, MnS, FeS). Izjeme so sulfidi alkalijskih (npr. Na 2 S) in zemljoalkalijskih kovin, ter amonijev sulfid (NH 4 ) 2 S. H 2 S(aq) žveplovodikova kislina (šibka) soli: sulfidi, hidrogensulfidi. Sulfidi + žveplo polisulfidi 6

7 Na 2 S + xs Na 2 S (1+X) ; za odstranjevanje dlak s kož v usnjarski industriji H 2 SO 4 žveplova (VI) kislina Proizvedemo jo več kot katerekoli druge kemikalije. Je osnovna kemikalija kemijske industrije. Razvitost neke države ocenjujejo glede na letno porabo žveplove(vi) kisline. Največ se je porabi za proizvodnjo umetnih gnojil (70%), nato polnjenje avtomobilskih akumulatorjev, proizvodnjo barve, mil in detergentov in za sintezo aluminijevega sulfata(vi) Al 2 (SO 4 ) 3. Čista 100% žveplova(vi) kislina lahko raztopi do 60% žveplovega trioksida. Raztopino žveplovega trioksida v žveplovi(vi) kislini imenujemo oleum. Ta kislina je močna, razžira in odvzema vodo, je higroskopna tekočina. Če sladkorju dodamo koncentrirano žveplovo(vi) kislino ta poogleni. Proizvaja se po tako imenovanem kontaktnem postopku. Oksidacija žveplovega dioksida SO 2, v žveplov trioksid SO 3, s katalizatorjem V 2 O 5 (vanadijev pentaoksid). 2 SO 2 + O 2 / V2O5 ( C) 2SO 3 H r= 196kJ SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Vanadijev pentaoksid V 2 O 5 dobro deluje (poveča hitrost reakcije) v T območju od 400 do 500 C. pri temperaturah po C ne deluje, pri T nad 600 pa začne razpadati. Proizvodnja žveplove(vi) kisline poteka v reaktorju, ki ga imenujemo konverter. Velik problem predstavlja odstranjevanje SO 2 iz dimnih plinov. Eden od postopkov: SO 2 + MgO 150 C MgSO 3 SO 3 žveplov trioksid je vmesni produkt pri pridobivanju žveplove(vi) kisline (SO 3 (s) + H 2 O(l) H 2 SO 4 (aq) H r < 0 ). Pri sobni T je trdna, bela snov, ki je zelo higroskopna. Je močen oksidant. Tori več polimorfnih modifikacij. Je termično neobstojen. H 2 SO 4 (konc.) + SO 3 (v prebitku) H 2 S 2 O 7 dižveplova (VI) kislina (oleum) Natrijev tiosulfat Na 2 S 2 O 3 reagira s halogeni 2Na 2 S 2 O 3 + I 2 2NaI + Na 2 S 4 O 6 natrijev tetrationat reakcijo uporabljamo v analizni kemiji za kvantitativno določanje joda oz. oksidatov, ki lahko oksidirajo jodide do joda. N dušik nekovini plin V. SKUPINA 7

8 P fosfor As arzen polkovini trdne snovi Sb antimon Bi bizmut kovina Viri: v naravi najdemo v elementarni obliki samo dušik. Viri dušika je zrak in v zemeljski skorji nitrati (NaNO 3 čilski soliter in KNO 3 norveški soliter). Fosfor najdemo v zemeljski skorji v apatitih (Ca 5 (PO 4 ) 3 X; X=F, Cl, OH ali ½ CO 3 ). Drugi elementi so najpogosteje v obliki sulfidov, največkrat v manjših količinah primešani drugim sulfidnim rudam. Atomi elementov V. skupine imajo po pet valenčnih elektronov. Samo dušik in fosfor tvorita anione N 3 (nitridi) in P 3 (fosfidni). Ionski nitridi in fosfidi nastanejo pri reakciji alkalijskih, zemljoalkalijskih in še nekaterih kovin z dušikom in fosforjem. Ione X 3+ tvorita antimon in bizmut (Sb 3+, Bi 3+ ). Oksidacijska števila: 3, +3, +5 Zaradi treh samskih elektronov, se lahko atomi V skupine povezujejo v plasti Vezi: v večini elementov V. skupine so atomi povezani s kovalentnimi vezmi. spojine v katerih atomi tvorijo 3 kovalentne vezi npr. NH 3, PH 3 fosfin spojine, v katerih elementi tvorijo tudi 4, 5, ali 6 kovalentnih vezi (vezi so lahko tudi dvojne, v molekuli N 2, pa je celo trojna vez). Alotropne modifikacije: tvori elementni fosfor, arzen in antimon. DUŠIK je brezbarven plin, brez vonja in okusa. V ozračju je v obliki dvoatomarnih molekul N 2. Atoma sta v molekuli povezana z močno trojno vezjo, zato je dušik nereaktiven plin. Kljub temu dušik reagira pri sobni T z litijem. V zraku je 78% dušika. Industrijsko ga pridobivajo z destilacijo utekočinjenega zraka (ostanke kisika odstranimo tako, da vodimo dušik preko segretega bakra). 30% tako pridobljenega dušika porabijo za črpanje nafte. Nekaj dušika pridobljenega iz ozračja uporabijo za proizvodnjo amoniaka. 8

9 Tekoči dušik uporabljajo v živilski industriji za hitro zmrzovanje, npr. mesa, saj je vrelišče tekočega dušika pri 196 C. Utekočinjeni dušik se uporablja tudi za zmrzovanje organov in mikroorganizmov. Laboratorijsko pridobivanje dušika: segrevanje NH 4 NO 2 (aq) NH 4 NO 2 N 2 + 2H 2 O plinasti amoniak + CuO (segret) 2NH 3 + 3CuO N 2 + 3Cu + 3H 2 O termični razkroj amonijevega dikromata(vi) (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (s) N 2(g) + Cr 2 O 3 (s) + 4H 2 O(g) AMONIAK NH 3 je druga najpomembnejša osnovna surovina kmetijske industrije. Je brezbarven, strupen plin. Amoniak iz vodnih raztopin hlapi in povzroča solzenje. Zaradi vodikovih vezi ima amoniak v primerjavi s hidridi drugih elementov visoko vrelišče ( 33,4 C) in tališče ( 78 C). amoniak se zelo dobro topi v vodi. Pri 20 C in pri tlaku 101,3kPa se raztopi 700l amoniaka v litru vode. Molekula amoniaka je dober ligand, tvori številne koordinacijske spojine. Uporaba: 85% ga porabijo za proizvodnjo umetnih gnojil za proizvodnjo umetnih mas zaščitna sredstva za poljedelstvo razstrelivo za sintezo HNO 3 in različnih polimernih snovi Mnogi nitridi reagirajo z vodo, pri tem nastane tudi amoniak: AlN + 3H 2 O Al(OH) 3 + NH 3 Amoniak sintetizirajo iz elementov (Haber Boschov postopek). Reakcija poteka pri tlaku od 200 do 300 bar (1bar=100kPa) in temperaturi 450 C. Hitrost reakcije povečamo s katalizatorjem železom. K(25 C)= 6,2 *10 5 N 2 (g) + 3H 2 2NH 3 ; H t = 46,7kJ/mol, H r= 92kJ Ravnotežje te reakcije pomaknemo v desno s povišanjem tlaka, ker je množina reaktantov (4mol), večja od množine produkta (2mol). Reakcija je eksotermna in ravnotežje lahko pomaknemo v desno z znižanjem T. Vodne raztopine amoniaka so bazične (ph>7, K b =1,7*10 5 ), ker amoniak z vodo protolitsko reagira. NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4+ (aq) + OHˉ (aq) Amoniak tvori s kislinami soli 2 NH 3 + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 Amonijeve soli so v vodi dobro topne, nastanejo pri reakciji amoniaka s kislinami. NH 3 (aq) + HCl (aq) NH 4 Cl(aq) (NH 4 Cl tudi sublimira) Vodne raztopine amonijevih soli z močnimi kislinami so kisle, ker amonijevi ioni protolitsko reagirajo z vodo NH 4+ (aq)+h 2 O(l) NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) Amoniak je reducent. S kisikom iz zraka ob prisotnosti plamena gori in se oksidira v elementarni dušik 4NH 3 (g)+3o 2 (g) 2N 2 (g) + 6H 2 O(g) 9

10 DUŠIKOVA (V) KISLINA PROIZVODNJA: s katalitsko oksidacijo amoniaka. Najprej pridobivajo dušikov oksid z naslednjo reakcijo 1. 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) katalizator Pt/Rh / T=800 C 4NO(g) + 6 H 2 O(g) 2. 2NO(g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) eksotermna reakcija 3. zmes dušikovega dioksida uvajamo v vodo, pri tem nastane 50 do 60% raztopina dušikove(v) kisline 4 NO 2 (g) + O 2 (g) + 2H 2 O(l) 4HNO 3 (aq) Čista 100% dušikova(v) kislina je brezbarvna tekočina, ki na svetlobi delno razpade, tako da se obarva rjavordeče, zato jo hranimo v temnih steklenicah. Pri 140 C razpade(4hno 3 4 NO 2 + O 2 + 2H 2 O). V laboratoriju uporabljamo koncentrirano 68% ali razredčeno 12% vodno raztopino. Koncentrirana dušikova(v) kislina je močen oksidant, je strupena, neprijetnega vonja, raztaplja baker, srebro in živo srebro. Uporaba: dušikova umetna gnojila, razstreliva in zdravila. DUŠIKOV OKSID NO je brezbarven, strupen plin, ki takoj reagira s kisikom iz zraka. Lahko je oksidant ali reducent, v vodi ni topen. DIDUŠIKOV OKSID (N 2 O) smejalni plin je brezbarven, strupen plin. Nastane pri termičnem razpadu amonijevega nitrata (V). HH 4 NO 3 N 2 O + 2H 2 O Pri segrevanju razpade na dušik in kisik. Nastali kisik oksidira kovine in nekovine. Tleča trska v N 2 O ne ugasne. Pomešanega s kisikom uporabljajo kot anestetik. DUŠIKOV DIOKSID (NO 2 ) je strupen rjavo rdeče obarvan plin. Je oksidant. Reagira z vodo. 2N +4 O 2 + 2H 2 O HN +5 O 3 + HN +3 O 2 NO 2 + raztopina hidroksidov nastane zmes nitratov(iii) in nitratov(v). DUŠIKOVA (III) KISINA HNO 2 je šibka kisina, obstojna v razredčenih vodnih raztopinah. Soli: nitrati(iii) ionske spojine. DIDUŠIKOV TRIOKSID N 2 O 3 nastane iz ohlajene zmesi NO in NO 2 pri 10 C (pri tej T je N 2 O 3 tekoč). NO + NO 2 N 2 O 3 pri reakciji z vodo nastane HNO 2 pri reakciji s hidroksidi (aq) pa raztopine nitratov(iii) FOSFOR Ima več alotropnih modifikacij: beli, rdeči, vijolični in črni fosfor. Pridobivanje: 2Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6SiO C 2000 C P 4 + 6CaSiO CO 10

11 Pri gorenju fosforja na zraku najprej nastane fosforjev(iii) oksid P 4 O 6, če pa je zrak v prebitku pa nastane fosforjev (V) oksid P 4 O 10. (P 4 (s)+ 5O 2 (g) P 4 O 10 (s) Pri počasi oksidaciji P 4 O 6 P 4 O 10 se sprošča svetloba. Fosfor se v temi svetlika fosforescenca. P 4 O 6 je reducent, strupen, P 4 O 10 ni strupen, je trdna bela snov in se uporablja kot sušilno sredstvo, saj je zelo higroskopen. Z vodo reagira pri tem nastane fosforjeva(v) kislina (P 4 O 10 (s) + 6H 2 O(l) 4H 3 PO 4 (aq)). Oba sumblimirata. BELI FOSFOR je najreaktivnejši, vžge se pri 50 C, lahko pa že pri sobni T, če je fino dispergiran. Hranimo ga v vodi. V vodi se ne topi. Je strupen. Osnovni delci belega fosforja so molekule P 4. Atomi fosforja so v molekuli razporejeni v ogliščih tetraedra. RDEČI FOSFOR je amorfna modifikacija, zato njegove strukture ne poznamo. Je manj reaktiven kot beli fosfor, ni strupen. Vžge se pri 400 C. VIJOLIČNI FOSFOR tvori polimerne molekule verige. Nastane pri segrevanju belega v zaprti posodi. ČRNI FOSFOR tvori polimerne molekule valovite plasti. Je polprevodnik, prevaja električni tok. Je najobstojnejši. Nastane iz belega fosforja pod velikim tlakom. FOSFIN PH 3 (4P + 3KOH + 3H 2 O PH 3 + 3KH 2 PO 2 ) DIFOSFIN P 2 H 4 ( 6P+ 4KOH + 4H 2 O P 2 H 4 + 4KH 2 PO 2 ) FOSFORJEVA(V) KISLINA H 3 PO 4 čista 100% fosforjeva(v) kislina je brezbarvna kristalinična snov (trdna), s tališčem pri 42 C. Je obstojna snov, pridobivajo jo iz apatitov. Bolj koncentrirano pa pridobivajo z oksidacijo belega fosforja in z raztapljanjem fosforjevega(v) oksida v vodi. Običajno je v prodaji 80 90% raztopina fosforjeve(v) kisline. Fosforjeva(V) kislina je srednje močna kislina in ni oksidant. Protolitsko reagira z vodo v treh stopnjah. S hidroksidi lahko tvori 3 vrste soli: dihidrogenfosfat(v) hidrogenfosfat(v) fosfat(v) Dodatek fosforjeve(v) kisline in fosfatov(v) poveča obstojnost živil. Fosfati vežejo vodo in tako živila ostanejo sveža dlje časa. Uravnavajo tudi kislost živil. Polifosfate uporabljamo za mehčanje vode, fosfate(v) pa za umetna gnojila. FOSFORJEVA(III) KISILNA H 3 PO 3 je med najmočnejšimi anorganskimi reducenti daje naslednje soli: dihidrogenfosfat(iii) 11

12 FOSFORJEVA(I) KISLINA H 3 PO 2 hidrogenfosfat(iii) UMETNA GNOJILA za rodovitnost zemlja potrebuje spojine treh elementov: dušik (dušikova gnojila so ali amonijeve soli ali pa nitrati(v)) kalij (KNO 3, K 2 SO 4, KCl) fosfor (»superfosfat«zmes kalcijevega dihidrogenfosfata(v) in kalcijevega sulfata(vi)). IV. SKUPINA C ogljik nekovina Si silicij Ge germanij polkovini trdno agregatno stanje Sn kositer Pb sivnec kovini Viri: v naravi najdemo v elementarnem stanju samo ogljik, v dveh alotropnih modifikacijah: grafit in diamant. Glavni viri ogljika so fosilna goriva: premog, nafta, zemeljski plin, ogljikov dioksid v ozračju in raztopljen v oceanih, ter v zemeljski skorji karbonatne kamnine: kalcit CaCO 3 in dolomit CaMg(CO 3 ) 2. Ogljika je v zemeljski skorji in atmosferi le 0,8%. Mednje uvrščamo tudi germanij, kositer in svinec. Silicij je drugi najbolj razširjeni element v zemeljski skorji. V naravi ga najdemo v obliki silikatov, alumosilikatov (gline, kamnine) in silicijevega dioksida (kremen). Tališče, vrelišče ima najvišje ogljik. Vezi: Ogljik, silicij in germanij tvorijo kovalentne spojine, s 4 kovalentnimi vezmi CCl 4, SiH 4 Obstojnost teh spojin se manjša po skupini navzdol. Obstojnejše so spojine, ki imajo oksidacijsko število +4, razen pri svincu. Ogljikovodiki C n H 2n+2 so pri sobni T na zraku obstojne spojine, silani Si n H 2n+2 pa se vžgejo. Še manj pa so obstojne germanijeve spojine z vodikom. Za kositer in svinec pa so značilne spojine z ionskim značajem. Sn 2+, Sn 4+, Pb 2+, Pb 4+. OGLJIK Tvori ogromno število spojin, zaradi: 12

13 velike vezne energije C C vezi (248,6kJ/mol) velika vezna energija C O, C H ki je še nekoliko višja vez C H je skoraj nepolarna ne reagira protolitsko Pri ogljiku so znane številne alotropne modifikacije. V naravi najdemo dve: grafit in diamant. Grafit lahko pretvorimo v diamant in obratno. C(grafit) bar, 2400 C, katalizator:cr, Mn 1500 C C(diamant) KRISTALINIČNE OBLIKE: DIAMANT je najtrša naravna snov. Karat= 200 mg diamanta. Industrijsko pridobljeni diamanti so v primerjavi z naravnimi zelo majhni in neprimerni za nakit. Uporabljamo pa jih za konice vrtalnih strojev, rezila ali brusilne površine strojev. Z diamantnim prahom brusijo tudi naravne diamante za nakit. Pretvorba diamantov v grafit bi bila nesmiselna. GRAFIT prevaja električni tok, ima mazavne lastnosti zaradi plastovite strukture. Uporablja se za mine svinčnikov, za elektrode pri elektrolizi, za grafitne palice v jedrskih reaktorjih, za reakcijske posode v kemijski industriji.. Mine za svinčnike izdelujejo iz grafitnega prahu in gline, to zmes žgejo pri 1200 C, nato jih potopijo v vroč vosek. Od količine gline je odvisno kako trd bo svinčnik. Če primešajo 25% gline bo svinčnik mehak, če pa 75% pa trd. FULEREN je superprevoden ogljik brez izgub. Je v obliki nogometne žoge (Busky ball), C 60, zapomni si obliko nano cevčice. NEKRISTALINIČNE (AMORFNE) OBLIKE GRAFITA: AKTIVNO OGLJE je uprašeno lesno oglje. S segrevanjem lesa pri visokih T brez zraka dobimo lesno oglje, ki je porozno in ima zelo veliko površino. Aktivno oglje uporabljajo za odstranjevanje primesi. Tako prečistijo (rafinirajo) sladkor. Na aktivno oglje se vežejo primesi, ki sladkor obarvajo rjavo. Je sestavina filtrov v plinskih maskah, uporablja se tudi za čiščenje voda. KOKS je oglje, pridobljeno s segrevanjem premoga brez zraka, podobno kot aktivno oglje. Uporabljajo ga kot reducent v metalurgiji za redukcijo kovinskih oksidov do kovin. SAJE (ČRNI OGLJIK) uporabljajo za polnilo avtomobilskih gum in tiskarske barve. Je amorfni ogljik, ki ga dobijo z nepopolnim gorenjem metana. CH 4 (g) + O 2 (g) C(s) + 2H 2 O (g) Pri gorenju ogljika v omejeni količini zraka nastane ogljikov oksid, v prebitku zraka, pa ogljikov dioksid. 13

14 C(s) + O 2 (g) T<1000K CO 2 (g) 2C(s) + O 2 (g) T>1000K 2CO (g) OGLJIKOV OKSID CO dobimo pri nepopolnem gorenju kateregakoli fosilnega goriva ali ogljika. Nastaja tudi pri gorenju pri zelo visokih T v termoelektrarnah, v bencinskih motorjih in metalurških procesih. Dobimo ga tudi s segrevanjem metanojske ali etandiojske kisline. HCOOH (l) Δ, H 2 SO 4 CO (g) + H 2 O (l) (COOH) 2 (s) Δ, H 2 SO 4 CO (g) + CO 2 (g) + H 2 O (l) Je plin brez barve, vonja in okusa in zelo strupen, ker ga človek ne zazna. V vodi je nevtralen oksid. Ogljikov oksid se veže namesto kisika na železo v hemoglobinu in vez je približno 300 močnejša kot s kisikom. Ogljikov oksid je reducent. V zraku z modrim plamenom zgori v ogljikov dioksid. (2CO + O 2 2CO 2 ) V metalurških procesih se uporablja za redukcijo kovinskih oksidov do kovin. Δ Fe 2 O 3 (s) + 3CO (g) 2Fe(l) + 3CO 2 (g) V navzočnosti katalizatorja reagira z vodikom CO (g) + 2H 2 (g) T, p, katal. CH 3 OH (g) OGLJIKOV DIOKSID CO 2 nastaja pri: gorenju fosilnih goriv z dovolj kisika CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) termičnem razpadu karbonatov CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) z raztapljanjem karbonatov v raztopinah kislin CaCO 3 (s) + 2HCl (aq) CaCl 2 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O (l) Pri 78 C zmrzne v belo trdno snov; sublimira (zato ga uporabljajo kot suhi led, npr. za shranjevanje sladoleda), tekoči CO 2 nastane le pri tlaku najmanj 5,1atm. Je pomemben plin za življenje fotosinteza. (6CO 2 + 6H 2 O svetloba C 6 H 12 O 6 +6O 2 ) Ogljikov dioksid se dobro topi v vodi. Njegove raztopine so kisle. CO 2 (g) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq) šibka ogljikova kislina H 2 CO 3 + H 2 O HCO 3ˉ + H 3 O + K 1 = 1,7*10 4 HCO 3ˉ + H 2 O CO 32ˉ + H 3 O + K 1 = 4,9*10 11 Ker se volumen med reakcijo zmanjšuje s povečanjem tlaka dobimo v ravnotežju več produktov. Če ogljikov dioksid uvajamo v raztopine hidroksidov lahko pripravimo dve vrsti soli: hidrogenkarbonate in karbonate. Karbonati nastanejo tudi z oksidi + CO 2. CO 2 + NaOH NaHCO 3 CO 2 + 2NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O CO 2 + BaO BaCO 3 hidrogenkarbonati HCO 3ˉ so dobro topni v vodi, razen natrijevega hidrogenkarbonata NaHCO 3 (pecilni prašek). 14

15 Primer: Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 (kotlovec) + CO 2 + H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 MgCO 3 + CO 2 + H 2 O od karbonatov so dobro topni le alkalijski karbonati in amonijev karbonat. Raztopine karbonatov so bazične. Karbonati in hidrogenkarbonati reagirajo s kislinami, ki so močnejše od ogljikove kisline. BaCO 3 + HCl BaCl 2 + CO 2 + H 2 O Na 2 CO 3 natrijev karbonat soda uporablja se za proizvodnjo stekla Pridobivanje: Solvayev postopek (zelo malo odpadka) 1. NaCl(aq) + NH 3 (g) + CO 2 (g) NaHCO 3 (s) + NH 4 Cl(aq) 2. 2NaHCO 3 (s) Δ Na 2 CO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (g) Stranski produkt NH 4 Cl uporabijo za pripravo amoniaka 2NH 4 Cl(aq) Ca(OH) 2 (s) 2NH 3 (g) + CaCl 2 (aq) + 2H 2 O Edini odpadni produkt 15